TFTR反磁剪切等离子体中的反常束离子损失

在利用短的氚束脉冲注入氚束加热的具有反磁剪切（RS）的托卡马克聚变实验堆等离子体（PNBI=15MW)的实验中,观测到反常的束离子损失。实验测得的总的14MeV中子发射、沿8个径向位置的中子通量和垂直的等离子体储能与TRANSP的扩展集编码的模拟结果的比较表明,在比氚束脉冲长度Δt=70ms短得多的时间尺度内、大约40％的束功率损失掉了。对照最近JT－60U上的RS实验结果,我们还不能确认这种反常结果来源于磁场的波纹。     

等离子体粒子模拟带电粒子推进算法校正

结合带电粒子回旋运动、漂移运动和螺旋一漂移运动三种典型的运动方式,对现有等离子体粒子模拟的粒子推进算法进行了数值试验和误差分析,通过校正差分格式中的回旋系数和半加速系数,得到了一套完整的校正算法。该校正算法不仅提高了计算精度,而且在确保数值稳定性的前提下降低了对粒子模拟时间步长的要求,从而显著提高计算效率,特别适用于强磁场大尺寸等离子体器件的模拟。     

低活化马氏体钢在ITER水环境中的腐蚀性能研究

低活化马氏体钢作为聚变堆候选的结构材料,其腐蚀性能影响冷却回路辐射场的分布。本文选取CLAM、CNS-1和SCRAM-9 3种钢材,并用T91与3种钢材进行对比,分析4种材料的性能。整个实验回路温度维持在150 ℃,溶氧量小于0.01 mg/kg,pH值为7（20 ℃）,电导率小于1 μS/cm,压力为1 MPa,水的流速设为6 m/s。实验后,所有样品均采用失重分析法、XRD、EDS及SEM分析。结果显示,随着时间的增加,材料的失重量增加,腐蚀速率减少。4种材料的失重量均遵循幂函数规律,T91钢的耐腐蚀性较另3种钢好,而3种材料中CLAM的抗腐蚀性能相对更好;样品表面氧化层变得越来越致密且非常薄。氧化层腐蚀产物主要是Fe₂O₃和Fe₃O₄。     

高能电子单粒子效应模拟实验研究

本文基于2 MeV自屏蔽电子加速器和10 MeV电子直线加速器,开展了电子单粒子效应实验研究,并分析了其机理。在保持入射电子能量不变的情况下,在±20%范围内改变器件的工作电压进行了单粒子翻转实验。实验结果表明：45 nm SRAM（额定工作电压1.5 V）芯片在电子直线加速器产生的高能电子照射下能产生明显的单粒子翻转,单粒子翻转截面随入射电子能量的变化趋势与文献数据相符合;电子引起的单粒子翻转截面随器件工作电压的变化趋势与理论预期一致,即工作电压越小,单粒子翻转临界电荷越小,翻转截面也越高。     

蒙特卡罗粒子输运权窗减方差方法研究及在ITER屏蔽分析中应用

屏蔽问题是聚变中子学研究密切关注的问题,蒙特卡罗粒子输运中的权窗减方差技术是处理屏蔽计算深穿透难题的重要方法。本文对权窗减方差方法开展研究,并在超级蒙特卡罗计算软件SuperMC中实现。先采用混凝土基准例题进行校验,再将该方法应用于国际热核聚变实验堆ITER的屏蔽分析,计算结果和MCNP进行对比,符合偏差要求,通过权窗减方差的应用,计算效率也有明显提升,证明了方法和程序的正确性和有效性。     

高能~(56)Fe离子入射屏蔽材料的次级粒子模拟分析

空间辐射环境下的高能重离子入射屏蔽材料会产生大量次级粒子,为研究屏蔽材料产生的次级粒子对太空舱内辐射环境的影响,本文使用基于蒙特卡罗方法的Geant4软件模拟空间高能~(56)Fe离子入射铝、碳、聚乙烯、水4种屏蔽材料,分析透射屏蔽体的初级粒子及由屏蔽材料产生的次级电子、次级中子、次级质子和次级γ的能谱以及水吸收体中的能量沉积和深度剂量分布。分析产生的次级重粒子类型和能量,比较4种屏蔽材料对高能Fe离子的屏蔽性能。结果表明,聚乙烯材料对高能重离子的屏蔽性能最好,但同时产生的次级重粒子的能量最大,约为铝材料产生次级重粒子能量的4倍。屏蔽体产生所有次级粒子中,次级质子和原子序数为22-26的次级重粒子贡献最大。     

Alcator C—Mod上快粒子驱动模的研究

在Alcator C-Mod的低剪切电流或反向剪切电流上升条件下，已观察到氢少数类离子回旋共振频率（ICRF）加热下的高频相干磁起伏。模频率（150－450kHz)处于中所希望的中心q值大于1的环向阿尔芬本征模（TAE）范围内。这些模有低的模数n≤3，在离子抗磁漂移方向转动。在有低磁剪切或反向磁剪切的较低密度电流上升条件下，TAE可被预计的刚好超过100keV的快氢离子导去稳定。用CASTOR编码进行的计算表明，在测出的模频率下宽的本征模能以计算出的频率存在。这与横过分布的清晰的TAE间隙一致。电流上升的模的频率在不同15ms内从150kHz到400kHz快速地上升或,这不能由线性理论来解释。在某些情形下，只有单模被激发，其频率线性上升。这与在其他装置上经常观察到的频率下降的多模不同。     

模拟电路的单粒子瞬时效应

综合介绍一种新的单粒子作用现象.模拟电路在单个重离子撞击下,在输出端产生瞬时信号,这种瞬时扰动可能影响到连接模拟电路输出端的电路,例如运算放大器的输出可能连接到数字计数器的输入端,由重离子引起放大器足够大的瞬时输出脉冲可能增加计数器的计数.另外,这种输出端的瞬时电压信号可能改变其它电路的状态.     

核测井中粒子随机游动的计算机模拟

系统地完成了核测井中粒子随机游动的数学模型的建立和计算机模拟过程的实现.对于核测井问题,利用Monte-Carlo方法模拟和跟踪了粒子的随机游动,进行了探测器计数响应值无偏统计量的数学估计;针对实现粒子随机游动的计算机模拟,选用MORSE程序完成了一测井实例.结果表明:利用此理论模型可以完成核测井问题中计数响应值的数值计算.     

ITER重力支撑的制造设计、认证测试及关键技术研究

重力支撑（GS）作为国际热核聚变实验堆（ITER）磁体支撑系统的关键部件,不但要承受环向场超导磁体净重以及交变的电磁载荷,同时还需隔离来自杜瓦环的热量以维持环向场超导线圈的热稳定性。本文通过有限元分析和工程测试验证了GS结构设计的可靠性;通过换热分析和真空热交换效率测试验证了热锚连接结构的可靠性;通过全尺寸螺栓77 K疲劳测试验证了螺栓原型件的疲劳性能。在随后的制造过程中,使用液压拉伸器和研制的高精度螺栓伸长量测量装置对所有的螺栓进行了均匀、精确地紧固。真空正压氦检漏的测试结果证明了GS的泄漏率远低于ITER的要求。基于以上工程测试的结果,本文设计的GS的结构是可行的且能运用于ITER装置中。      

离子电离与次级反应耦合的蒙特卡罗模拟方法研究与应用

氘或氚离子在靶物质中电离输运的同时会发生次级反应,为模拟这一过程,开发了耦合蒙特卡罗工具RSMC。程序用详细历史法和浓缩历史法模拟电离过程,调用ENDF或TENDL中D、T核数据计算次级反应,同时使用“强迫次级粒子产生”降方差技巧提高模拟效率。对中子深度分析问题、加速器单能中子源问题和热中子-聚变中子转换靶问题进行研究,验证了RSMC的正确性。     

n沟VDMOSFET单粒子烧毁的二维数值模拟

应用半导体器件二维模拟软件Medici对功率MOSFET器件单粒子烧毁SEB(Single Event Burnout)效应开展了理论模拟研究。理论模拟与以往的实验结果比较吻合,证明采取的物理模型的正确性。得到了SEB灵敏度与载流子浓度、基区宽度和发射结掺杂浓度等参数的变化关系,提出了改善SEB的几种加固措施。该模型对于评估器件SEB效应提供了理论方法。     

空间单粒子效应加速器模拟试验技术及应用

空间环境中存在大量的高能粒子,单个高能粒子穿过航天器壳体轰击到电子器件,引发器件逻辑状态翻转、功能异常等单粒子效应,进而影响航天器的可靠运行和任务达成。基于地面加速器辐照试验模拟空间单粒子效应是评估电子器件在空间应用时发生单粒子错误风险的重要手段,只有其抗单粒子效应的指标符合宇航应用要求的器件才能在航天器中使用。航天器面临的空间辐射粒子主要是重离子和质子,它们诱发的单粒子效应也最为显著。开展宇航器件单粒子效应地面模拟试验主要依托重离子加速器和质子加速器,为满足单粒子试验需求,需要研发大面积束流扩束及均匀化、高精度束流快速诊断等技术,以及满足大批量试验任务需求的高效试验终端,重点介绍中国原子能科学研究院的基于加速器的重离子单粒子效应模拟试验技术、质子单粒子效应模拟试验技术和用于器件辐射损伤敏感区识别的重离子微束技术,以及上述技术在宇航器件单粒子效应风险评估中的应用。     

功率MOS器件单粒子烧毁效应的PSPICE模拟

建立了功率MOS器件单粒子烧毁效应的等效电路模型和相应的参数提取方法,对功率MOS器件的输出特性和单粒子烧毁效应的机理进行了分析和PSPICE模拟,模拟结果与文献中提供的数据相符合,表明所建立的器件模型和模拟方法是可靠的。     

单粒子效应不同模拟源的等效性实验研究初探

地面模拟单粒子效应(Single event effect,SEE)采用的模拟源主要有加速器(重离子加速器、高能质子加速器)、天然放射源(锎裂变碎片源)和脉冲激光模拟源.本文针对三种不同的模拟源(脉冲激光、重离子、锎源),开展IDT6116 SRAM单粒子效应不同模拟源的等效性实验研究,探索三种不同的模拟源评估器件和集成电路抗单粒子效应敏感性的等效性,并将三种不同的模拟源的实验结果进行分析比对,比对结果表明,三种不同模拟源模拟实验取得的实验结论基本一致.     

载能α粒子在空气中诱发氮气荧光产额的蒙卡模拟研究

基于氮气荧光原理的远程α成像探测技术是一种极具应用前景的大范围核探测手段,其中对于载能α粒子在空气中诱发氮气荧光产额研究是探测成像技术的关键。利用Geant4建立荧光物理模型,结合收集整理文献报道的实验数据,模拟载能α粒子在空气中电离、诱发荧光和荧光光子猝熄的整个过程,并将模拟结果与文献中实测成像结果进行了比较分析。结果表明,荧光物理模型能很好地模拟再现成像结果。该模型的建立对后续工程技术中成像信噪比、成像时间、可测活度下限、面源尺寸分辨等关键性指标设计提供了技术支撑。     

考虑聚并及热泳的微米级气溶胶粒子沉积数值模拟研究

本文基于C++编写的程序对0.5~10 μm气溶胶粒子沉积进行了数值模拟,研究了聚并和热泳对沉积的影响及其耦合作用。结果表明,气溶胶粒子数量浓度小于10¹²m^-3时,聚并可忽略;气溶胶粒子数量浓度为10¹⁴ m^-3时,聚并不可忽略。考虑聚并后,气溶胶粒子的沉积速度显著增加,如在温度梯度为3 000 K/m时,10 μm气溶胶粒子的沉积速度较不考虑聚并时增大了37.2%。不考虑聚并、温度梯度为3 000 K/m时,由于热泳作用,0.5 μm气溶胶粒子沉积速度增大到无温度梯度的5.96倍,考虑聚并后,减小为4.41倍（数量浓度为10¹⁴ m^-3）。聚并和热泳会相互影响,但总体上聚并和热泳均会增强气溶胶粒子的沉积,从而加快气溶胶粒子的损失。     

ICRF加热下EAST快离子损失速度空间分布初步研究

基于闪烁体的快离子损失探针（Fast-Ion Loss Detector,FILD）能够测量损失快离子的速度空间分布,是研究核聚变装置中快离子损失控制机理的关键诊断手段。在东方超环（Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST）上,通过FILDSIM程序在诊断图像与速度空间分布之间建立桥梁,将诊断探测到的信号转化为速度空间分布,获得了离子回旋共振加热（Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH）条件下的快离子损失速度空间分布,为进一步评估和控制离子回旋共振加热下的快离子损失奠定了基础。另外,通过损失快离子反向追踪,探究了探头本体遮挡对诊断探测范围的影响,为损失诊断系统进一步升级提供了依据。     

采用无网格移动粒子法数值模拟闪蒸射流

采用具有良好捕捉流体界面特性的无网格移动粒子法(MPS粒子法)对闪蒸射流过程进行二维直接数值模拟。该数值方法采用完全的拉格朗日描述定义流体运动，流体离散为可移动的粒子，流体控制微分方程转化为粒子间的相互作用。直接数值模拟结果与相关实验结果一致：发生于界面的闪蒸将射流剥落为锥状，射流长度随压力衰减比的增加而变短。